浅谈数控车床系统故障的诊断与维修

数控车床是机电一体化典型产品，它是将电力电子技术、自动化控制技术、电机技术、自动检测技术、计算机控制技术、传感器技术、车床、液压及气压传动技术和加工工艺等集中一体的自动化设备，具有高精度、高效率和高适应性的特点。数控车床作为实现柔性制造系统、计算机集成制造系统和未来工厂自动化的基础，已成为现代制造技术中不可缺少的设备。以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。数控车床也是一个复杂的大系统，它涉及光、机、电、液等方面，包括数控系统、可编程序控制器、系统软件、加工编程软件、精密机械、数字电子技术、大功率电力电子技术、电动机拖动与伺服、网络通信等技术。数控车床内部各部分联系非常紧密，自动化程度高，运行速度快，大型数控车床往往有成千上万的机械零件和电器部件，无论哪一部分发生故障都是难免的。机械锈蚀、机械磨损、机械失效，电子元器件老化、插件接触不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声，资料丢失和车床本身有隐患、灰尘，操作失误等都可导致数控车床出现故障甚至使整台设备停机，从而造成整个生产线的停顿。在许多行业中，数控车床一般处在关键工作岗位的关键工序上，若出现故障后不能及时准确故障诊断、修复，将直接影响企业的生产率和产品质量，会对生产单位带来巨大的经济损失。因此，对数控车床进行故障诊断与维修是非常重要的。

一、计算机在线检测系统的工作原理

实现计算机在线检测，首先应在计算机辅助检测系统上自动生成检测主程序，将检测主程序由 RS232 串行通讯接口传输给加工中心，通过程序控制，测头将按程序规定的路径向测量点运动，当测头上的测球接触工件时发出触发信号，通过测头与数控系统的专用接口将触发信号传到转换器，转换器发出一个短暂的蜂鸣声，并将触发信号转换后传给车床的控制系统，该点的坐标被记录下来。触发信号接收后，车床停止运动，测量点的坐标通过 RS232 串行通讯接口传回计算机，这时按程序控制进行下一个测量动作。在计算机软件控制系统的控制下，可对系统测量结果进行计算补偿及可视化等各项数据处理工作。

二、数控系统常用诊断与维修技术

数控系统是数控车床的核心，数控装置有两种类型：一是完全由硬件逻辑电路构成的专用硬件数控装置，二是由计算机硬件和软件构成的计算机数控装置。数控系统比较复杂，而且各单元模块之间的关系比较紧密。当数控车床的数控系统出现故障时，首先利用其系统的自诊断功能（开机自检、实时诊断等），再运用各种故障诊断方法进行综合分析。由于数控系统所产生的故障千变万化，其原因往往比较复杂，而且目前国内所使用的数控系统，极大多数故障自诊断能力还比较弱，智能化程度较低，不能对系统的所有部件进行测试，也不能将原因定位到具体的元器件上，往往是一个报警号指示出众多的故障原因，使人难以下手。因此，要迅速诊断原因，及时排除故障，还要用到下面一些有效诊断技术方法：

功能程序测试法：功能程序测试法是将数控系统的 G、M、S、T、F 等功能指令编成一个试验程序，在故障诊断时运行这个程序，可快速判定哪个功能不良或丧失。参数检查法：数控系统的参数是经过一系列试验、调整而获得的重要数据。参数通常是存放在由电池保持的 RAM 中，一旦电池电压不足或系统长期不通电或外部干扰会使参数丢失或混乱，从而使系统不能正常工作。当车床长期闲置或无故出现不正常或有故障而无报警时，就应根据故障特征，检查和校对有关参数。

交换法：在数控系统中常有型号完全相同的电路板、模块、集成电路和其它零部件。可将相同部分互相交换，观察故障转移情况，以快速确定故障定位。对于数控系统的维修，现场常用此法：一般是将出现故障车床的怀疑模块或单元拆下装到正常运转的相同床子上去，若故障消失就说明该怀疑模块或单元没坏，若故障重现就说明该怀疑模块或单元可能已坏了；然后，再把正常运转相同床子的模块或单元拆下来装到出现故障的床子上去，若正常就进一步确认故障原因在怀疑模块或单元，若出现相同故障，则进一步确认故障原因在其外围电路等处、而怀疑模块或单元无故障。

备板置换法：利用备用的电路板、模块、集成电路芯片及其它元器件替换有疑点的部件，是一种快速而简便找出故障的方法。有时若无备板，可借用同型号系统上的电路板来试验。

隔离法：有些故障，如轴抖动、爬行、一时难以区分是数控部分还是伺服系统或机械部分造成的，常可采用隔离法。将机电隔离、数控与伺服隔离或将位置闭环隔离做开环处理。这样，复杂的问题就化为简单，能较快地找到故障原因。

直观法：就是利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官来寻找故障原因。这种方法在实际维修现场是最常用的，也是首先使用的。“先外后内”的维修原则要求维修人员在遇到故障时应先采用望、闻、嗅、摸等方法，由外向内逐一进行检查。有些故障采用这种直观法可迅速找到故障原因，而采用其它方法，要花费不少时间，甚至一时解决不了。

升降温法：人为地将元器件温度升高（应注意器件的温度参数）或降低，加速一些温度特性较差的元器件产生“病症”或使“病症”消除来寻找故障原因。

敲击法：数控系统是由各种电路板和接插座等组成的，每块电路板上含有很多焊点，任何虚焊或接触不良都可能出现故障。若用绝缘物轻轻敲击有接触不良疑点的电路板、插件或元器件，如车床出现故障，则故障很可能就在敲击的部位。

对比法：以正确的电压、电平或波形与异常的相比较来寻找故障部位。有时还可以将正常部分试验性地造成“故障”或报警（如断开连线、拔去组件），看其是否和相同部分产生的故障现象相似，以判断故障原因。

拉偏电压法：有些不定期出現的软故障与外界电网电压波动有关。当车床出现此类故障时，可把电源电压人为地调高或调低，模拟恶劣的条件使故障容易暴露，以故障诊断。

原理分析法：原理分析法是排除故障的最基本的方法，当其它检查方法难以奏效时，可从电路基本原理出发，一步一步地进行检查，最终查出故障原因。运用这种方法必须对电路的原理有清楚的了解，掌握各个时刻各点的逻辑电平和特征参数（如电压值、波形），然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪对被测点进行测量，并与正常情况相比较，分析判断故障原因，再缩小故障范围，直至找出故障。